專利名稱:一種具有吸附和降解有機(jī)廢水的復(fù)合紙基材料的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種具有光催化功能復(fù)合材料的制備方法,具體說是制備一種具有吸 附和降解低濃度有機(jī)廢水的復(fù)合紙基材料,屬材料科學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,染料、皮革、造紙等工業(yè)成長迅速,生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的 有機(jī)廢水的問題也日趨嚴(yán)重。這些工業(yè)有機(jī)廢水成分復(fù)雜、色度高、排放量大、毒性大、可 生化差性,尤其是含苯環(huán)有機(jī)廢水一直是工業(yè)廢水處理中的難題,迄今為止國內(nèi)外尚無經(jīng) 濟(jì)有效的治理方法。近年來,二氧化鈦光催化處理技術(shù)因其能夠完全氧化污染物、不產(chǎn)生二 次污染的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)被越來越多的研究者應(yīng)用于治理有機(jī)廢水的研究中。通過研究已證實(shí) 幾乎所有染料均可通過光催化過程得到降解,對于許多無法進(jìn)行生物降解的,也可以通過 光催化過程得到轉(zhuǎn)化,但大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的工程或產(chǎn)品還鮮見。這主要可歸結(jié)于三個原 因(1) 二氧化鈦的帶隙能較寬而導(dǎo)致太陽能利用率較低及光催化的量子效率低;(2)在廢 水懸浮體系中,細(xì)微的光催化劑粉體易凝聚失活,且難分離回收再利用。從文獻(xiàn)檢索的情況 看,國內(nèi)外有關(guān)利用沸石、玻璃、陶瓷、導(dǎo)電玻璃等為載體制備二氧化鈦復(fù)合催化材料已有 較多的報道,但這些方法的制備成本高,TiO2負(fù)載量小。(3) 二氧化鈦等金屬氧化物粉體對 低濃度有機(jī)廢水的光催化降解速度慢,主要是因?yàn)榈蜐舛扔袡C(jī)廢水中的有機(jī)物在二氧化鈦 粉體表面的濃度小。最近福建師范大學(xué)吳宗華等研制了一種新的造紙工藝(陳萬春,陳娜潔,盧玉棟, 吳宗華,造紙化學(xué)品,2006,18 (2),45 ;陳萬春,陳娜潔,盧玉棟,吳宗華,造紙科學(xué)與技術(shù), 2006,25 (1),24 ;陳娜潔,陳少平,盧玉棟,陳萬春,吳宗華,非金屬礦,2006,29 (5),6),這種 工藝能制備無機(jī)物含量達(dá)90%以上、無機(jī)粉體達(dá)60 %以上的高無機(jī)粉體含量的功能復(fù)合 紙板。應(yīng)用這項技術(shù)發(fā)明了一種具有吸附和降解有機(jī)物功能的復(fù)合紙基材料的制備方法 及其應(yīng)用(專利申請?zhí)?00810070938.5),但由于該專利申請的復(fù)合紙基材料不具抗水能 力,不能應(yīng)用于有機(jī)廢水的光催化降解?;谏鲜黾夹g(shù)背景,經(jīng)銳意研究,發(fā)明了一種具有 抗水、吸附和降解有機(jī)物功能的復(fù)合紙基材料的制備方法及其應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種由具有光催化功能的金屬氧化物粉體、吸附劑粉體、無 機(jī)纖維、紙漿和無機(jī)粘合劑構(gòu)成的復(fù)合紙基材料及其對低濃度有機(jī)廢水光催化降解的應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案是1、材料組成金屬氧化物粉體30 50%,吸附劑粉體15 35%,無機(jī)纖維0 10%,紙漿10 30%,無機(jī)粘合劑5 15%和由陽離子高聚物與陰離子型聚丙烯酰胺混合構(gòu)成的二元助留劑0.5 5%。所述百分比是材料絕干重量百分比。2、材料制備將金屬氧化物粉體、無機(jī)纖維、吸附劑粉體、紙漿和無機(jī)粘合劑加水配成2 30% 的懸浮液,用疏解機(jī)疏解5 30min后倒入燒杯;邊攪拌邊加入陽離子高聚物,攪拌3min后 再加入陰離子型聚丙烯酰胺,加水將懸浮液稀釋成0. 5%,在紙頁抄取器上抄濕紙板。將濕 紙板壓榨后在150°C 300°C下烘干,即得到本發(fā)明所述的復(fù)合紙基材料。3、材料應(yīng)用將制備得到的復(fù)合紙基材料置于帶有自然光源或人工紫外光源的低濃度有機(jī)廢 水的液面上,可實(shí)現(xiàn)低濃度有機(jī)廢水的吸附和連續(xù)光催化降解。本發(fā)明所述的金屬氧化物粉體為二氧化鈦、氧化鋅或氧化銅粉體中的一種,或其 任意比例的混合物。本發(fā)明所述的吸附劑粉體為沸石、硅藻土、活性炭或竹炭的一種,或其任意比例的 混合物。本發(fā)明所述的無機(jī)纖維為陶瓷纖維或玻璃纖維的一種,或其任意比例混合物。本發(fā)明所述的無機(jī)粘合劑為粘土、水泥、磷酸鋁、硅酸鋁或氧化鎂的一種,或其任 意比例混合物。本發(fā)明所述的紙漿為針葉木化學(xué)漿、闊葉木化學(xué)漿或草漿的一種,或其任意比例 的混合物。本發(fā)明所述的二元助留劑由陰離子型聚丙烯酰胺與陽離子高聚物構(gòu)成,其絕干重 量百分比為20 80% 80 20%。其中陽離子高聚物為聚二甲基二烯丙基氯化銨、陽離 子淀粉或聚乙烯胺的一種,或其任意比例的混合物。本發(fā)明所述的紙頁抄取器為紙樣抄取器、圓網(wǎng)機(jī)或低速長網(wǎng)機(jī)中的一種。利用本發(fā)明提供的復(fù)合紙基材料可解決二氧化鈦等金屬氧化物粉體在廢水處理 應(yīng)用中難分離回收再利用的問題,也解決用沸石、玻璃、單晶硅、導(dǎo)電玻璃等為載體負(fù)載二 氧化鈦等金屬氧化物粉體時存在的成本高、負(fù)載量小的問題。此外它對低濃度有機(jī)廢水中 的有機(jī)物具有吸附濃縮作用,大幅增大有機(jī)物在二氧化鈦粉體附近的濃度,提高的光催化 降解速度,可實(shí)現(xiàn)低濃度有機(jī)廢水的連續(xù)光催化降解的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明實(shí)施例1 取3. 4克的銳鈦型二氧化鈦、1. 1克的沸石、0. 5克的陶瓷纖維和0. 3克的玻璃纖 維、0. 8克桉木化學(xué)漿和1. 1克的黏土,加水配成5%的懸浮液,用疏解機(jī)疏解IOmin后倒入 燒杯;邊攪拌邊加入0. 1克的聚二甲基二烯丙基氯化銨,攪拌吸附3min后加入0. 3克的陰 離子型聚丙烯酰胺,加水將懸浮液稀釋成0. 5%,在紙樣抄取器上抄濕紙板。將濕紙板壓榨 后在300°C下烘干,即得到本發(fā)明所述的復(fù)合紙基材料。實(shí)施例2 取2. 9克的銳鈦型二氧化鈦和0. 7克的金紅石型二氧化鈦的混合粉體、1. 3克的 沸石和1. 0克的活性炭的混合吸附劑、0. 2克的玻璃纖維、1. 0克的麥草漿和0. 4克的馬尾松化學(xué)漿的混合漿和1. 4克的水泥,加水配成8%的懸浮液,用疏解機(jī)疏解15min后倒入燒 杯;邊攪拌邊加入0. 08克的聚二甲基二烯丙基氯化銨,攪拌吸附3min后加入0. 22克的陰 離子型聚丙烯酰胺,加水將懸浮液稀釋成0. 5%,在紙樣抄取器上抄濕紙板。將濕紙板壓榨 后在150°C下烘干,即得到本發(fā)明所述的復(fù)合紙基材料。實(shí)施例3 取2. 2克的銳鈦型二氧化鈦和2. 2克的氧化銅的混合粉體、2. 0克的沸石和1. 1克 的竹炭的混合吸附劑、0. 3克的陶瓷纖維、1. 1克的桉木化學(xué)漿和1. 0克的云杉化學(xué)漿的混 合漿、0. 5克磷酸鋁和0. 5克硅酸鋁混合粉體,加水配成2%的懸浮液,用疏解機(jī)疏解20min 后倒入燒杯;邊攪拌邊加入0. 1克的聚二甲基二烯丙基氯化銨和0. 25克的陽離子淀粉,攪 拌3min后加入0. 15克的陰離子型聚丙烯酰胺,加水將懸浮液稀釋成0. 5%,在紙樣抄取器 上抄濕紙板。將濕紙板壓榨后在200°C下烘干,即得到本發(fā)明所述的復(fù)合紙基材料。實(shí)施例4 取3. 5克的氧化鋅、2. 2克的活性炭和2. 0克硅藻土的混合粉體,3. 0克的馬尾松 化學(xué)漿、0. 4克氧化鎂和0. 3克的硅酸鋁的混合粉體,加水配成30%的懸浮液,用疏解機(jī)疏 解20min后倒入燒杯;邊攪拌邊加入0. 05克的聚二甲基二烯丙基氯化銨,攪拌3min后加入 0. 15克的陰離子型聚丙烯酰胺,加水將懸浮液稀釋成0. 5%,在紙樣抄取器上抄濕紙板。將 濕紙板壓榨后在300°C下烘干,即得到本發(fā)明所述的復(fù)合紙基材料。將復(fù)合紙基材料置于表面皿中濃度為50mg/L的苯酚溶液上,紫外燈照射5h后,苯 酚的降解率為90%。實(shí)施例5 將實(shí)施例2中制備的復(fù)合紙基材料置于表面皿中濃度為100mg/L的烷基酚聚氧乙 烯醚溶液上,紫外燈照射IOh后,烷基酚聚氧乙烯醚的降解率為95%。實(shí)施例6 將45份的銳鈦型二氧化鈦和氧化鋅混合粉體、15份活性炭和硅藻土的混合粉體、 10份的陶瓷纖維、10份的蘆葦化學(xué)漿和馬尾松化學(xué)漿的混合漿、15份的水泥在配漿池加水 配成的懸浮液,間隔20min先后加入1. 5份聚二甲基二烯丙基氯化銨和2. 5份的陰離子 型聚丙烯酰胺。加水將懸浮液稀釋成0. 5%,泵入圓網(wǎng)機(jī)的流漿箱,經(jīng)圓網(wǎng)機(jī)的紙板成型、壓 榨和烘干,即得到本發(fā)明所述的復(fù)合紙基材料。將復(fù)合紙基材料置于的露天水池的液面上, 晴日5天后池中的10立方米有機(jī)磷農(nóng)藥廢水的濃度由100mg/L降為8mg/L。實(shí)施例7 將45份的銳鈦型二氧化鈦和金紅石型二氧化鈦的混合粉體、15份沸石和活性炭 硅的混合粉體、10份的陶瓷纖維、10份的甘蔗渣化學(xué)漿和馬尾松化學(xué)漿的混合漿、15份的 水泥和黏土的混合粉體在配漿池加水配成的懸浮液,間隔20min先后加入1. 5份聚二 甲基二烯丙基氯化銨和2. 5份的陰離子型聚丙烯酰胺。加水將懸浮液稀釋成0. 5%,泵入 低速長網(wǎng)機(jī)的流漿箱,經(jīng)長網(wǎng)機(jī)的紙板成型、壓榨和烘干,即得到本發(fā)明所述的復(fù)合紙基材 料。將復(fù)合紙基材料置于廢水貯存池的寬為0. 5m、長為15m的排水溝底面上,在紫外光強(qiáng)度 為0. 5mff/cm2下,流量為30m3/h的偶氮染料廢水的濃度由50mg/L降為5mg/L。
權(quán)利要求
1.一種具有吸附和降解有機(jī)廢水功能的復(fù)合紙基材料的制備方法及其應(yīng)用,其特征是材料絕干重量百分比組成金屬氧化物粉體30 50%,吸附劑粉體15 35%,無機(jī)纖維0 10%,紙漿10 30%,無機(jī)粘合劑5 15%和由陽離子高聚物與陰離子型聚丙烯酰胺混合構(gòu)成的二元助留 劑0. 5 5% ;材料制備將金屬氧化物粉體、吸附劑粉體、無機(jī)纖維、紙漿和無機(jī)粘合劑配制成重量百分濃度為 2 30%的懸浮液,疏解5 30min后再加入二元助留劑,加水稀釋至0. 5% ;在紙頁抄取 器上形成濕紙板,經(jīng)壓榨和150°C 300°C烘干后,即得到復(fù)合紙基材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有吸附和降解有機(jī)物功能的復(fù)合紙基材料的制備方法及 其應(yīng)用,其特征是所述的金屬氧化物粉體為二氧化鈦、氧化鋅或氧化銅粉體的一種,或其任 意比例的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有吸附和降解有機(jī)物功能的復(fù)合紙基材料的制備方法及 其應(yīng)用,其特征是所述的吸附劑粉體為沸石、硅藻土、活性炭或竹炭的一種,或其任意比例 的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有吸附和降解有機(jī)物功能的復(fù)合紙基材料的制備方法及 其應(yīng)用,其特征是所述的無機(jī)纖維為陶瓷纖維或玻璃纖維的一種,或其任意比例的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有吸附和降解有機(jī)物功能的復(fù)合紙基材料的制備方法及 其應(yīng)用,其特征是所述的紙漿為針葉木化學(xué)漿、闊葉木化學(xué)漿或草漿的一種,或其任意比例 的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有吸附和降解有機(jī)物功能的復(fù)合紙基材料的制備方法及 其應(yīng)用,其特征是所述的無機(jī)粘合劑為粘土、水泥、磷酸鋁、硅酸鋁、氧化鎂的一種,或其混 合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有吸附和降解有機(jī)物功能的復(fù)合紙基材料的制備方法及 其應(yīng)用,其特征是所述的二元助留劑中陰離子型聚丙烯酰胺與陽離子型高聚物之間絕干重 量百分比為20 80%: 80 20%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有吸附和降解有機(jī)物功能的復(fù)合紙基材料的制備方法及 其應(yīng)用,其特征是所述的陽離子型高聚物為聚二甲基二烯丙基氯化銨、陽離子淀粉或聚乙 烯胺的一種,或其混合物。
9.一種具有吸附和降解有機(jī)物功能的復(fù)合紙基材料的制備方法及其應(yīng)用,其特征是 將制備得到的復(fù)合紙基材料置于帶有自然光源或人工紫外光源的低濃度有機(jī)廢水的液面 上,可實(shí)現(xiàn)連續(xù)吸附和光催化降解。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有吸附和降解有機(jī)廢水功能的復(fù)合紙基材料的制備方法及應(yīng)用,材料由30~50%的金屬氧化物粉體,15~35%的吸附劑粉體,0~10%的無機(jī)纖維,10~30%的紙漿,5~15%的無機(jī)粘合劑和0.5~5%的二元助留劑組成。制備時,將金屬氧化物粉體、吸附劑粉體、無機(jī)纖維、紙漿和無機(jī)粘合劑配制成濃度為2~30%的懸浮液,再加入二元助留劑后稀釋為0.5%,在紙頁成型器上形成濕紙板;經(jīng)壓榨烘干后得到復(fù)合紙基材料。將復(fù)合紙基材料置于帶紫外光源的低濃度有機(jī)廢水的液面上,可實(shí)現(xiàn)連續(xù)光催化降解。利用本發(fā)明的紙基材料,解決了用沸石等為載體制備復(fù)合催化材料時成本高、光催化劑份體難與廢水分離等問題,且對低濃度廢水中有機(jī)物具有吸附濃縮作用。
文檔編號D21H13/40GK101994272SQ2008100712
公開日2011年3月30日 申請日期2008年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月24日
發(fā)明者吳宗華, 陳少平 申請人:福建師范大學(xué)